DÉSHYDROGÉNATION DU PROPANE

Last updated on janvier 27th, 2022 at 03:46 pm

La croissance de la population mondiale et l’explosion de la demande en matières plastiques ont donné un élan considérable au processus de déshydrogénation du propane. La déshydrogénation du propane ou PDH est un procédé qui convertit une charge de propane en propylène, utilisé couramment dans diverses applications pétrochimiques.

La demande mondiale de propylène augmentant dans le secteur automobile, la fabrication de capsules de bouteilles, de tissus, de matériaux d’emballage et la production de divers produits chimiques dérivés, l’industrie s’oriente de plus en plus vers la production à usage unique et s’éloigne de la coproduction. Ce résultat est obtenu principalement par déshydrogénation du propane, où le propane est sélectivement déshydrogéné (élimination de l’hydrogène du flux de propane) pour convertir le propylène en présence d’un catalyseur à base de platine ou d’oxyde de chrome, selon le type de procédé.  

La chimie de la réaction de déshydrogénation des paraffines s’accompagne d’une forte réaction endothermique et la réaction doit être maintenue en équilibre thermodynamique fort. Le risque élevé de réaction secondaire peut entraîner la cokéfaction, le craquage des hydrocarbures, la formation de dépôts de goudron sur le catalyseur de réaction et l’hydrogénation des oléfines. Le PDH est un procédé révolutionnaire commercialisé dans les années 1990 qui convertit les flux riches en propane en propylène de qualité polymère de grande pureté.

Le propylène : Un élément de construction essentiel

Le propylène est un produit pétrochimique intermédiaire vital dont les dérivés comprennent : 

• Acide acrylique, utilisé dans les revêtements
• Acrylonitrile, utilisé dans le tissu acrylique
• Cumène, utilisé pour fabriquer des résines époxy et du polycarbonate
• Alcool isopropylique, utilisé comme solvant
• Phénol, utilisé dans la fabrication du nylon et d’autres tissus synthétiques
• Oxyde de propylène

Bien que la demande ait augmenté de façon constante, l’offre a été limitée. Cela est dû au fait que les vapocraqueurs se concentrent davantage sur la production d’éthane que de propylène. Ainsi qu’en raison de la révolution du schiste aux États-Unis. Les États-Unis produisent davantage de pétrole brut léger qui ne produit pas autant de propane que le pétrole brut lourd. 

La majeure partie de la capacité mondiale était constituée de coproductions, qui ne pouvaient pas suivre la demande croissante de propylène. Cette situation a été compliquée par les investissements massifs dans les terminaux de transport de GPL et de GNL aux États-Unis. L’expédition de l’éthane et du GPL réfrigérés vers les économies en plein essor de la Chine et de l’Inde a encore réduit la production de propylène en tant que coproduit. 

Cette situation a été résolue par la production « à des fins particulières » de propylène. Il y a plusieurs autres facteurs qui font que la production « à des fins particulières » de propylène est économiquement sensée. Par exemple, la demande de propylène a dépassé la demande d’éthylène au cours des dernières années et devrait continuer à le faire dans les années à venir. 

La majeure partie de la production de propylène « à des fins particulières » est attribuée à la déshydrogénation du propane, car les progrès récents et la maturité technique du procédé qui en résulte ont rendu le PDH compétitif par rapport aux technologies de coproduction sur le marché. 

Projet de la région Heartland de l’Alberta

Un exemple plus proche de nous est la nouvelle installation de production de PDH d’Inter pipeline au cœur de l’Alberta. L’installation de déshydrogénation du propane « à des fins particulières » utilise le propane produit par le complexe pétrochimique Inter pipeline de Redwater. Il convertit 20 000 barils par jour de réservoirs de propane produits localement en d’énormes dépôts de pétrole brut lourd dans la province. 

L’économie du projet a été favorisée par l’écart de prix plus élevé entre le propylène et le propane en Alberta. L’offre de propane est excédentaire dans la province et sa vente est difficile en raison de la capacité des pipelines nécessaires au transport du brut lourd vers les raffineries de la côte américaine du Golfe du Mexique. Cela en fait un produit bon marché et sans intérêt. Le propane ne peut pas être transféré par rail en utilisant la méthodologie similaire du « brut par rail » car il a réduit de manière significative l’écart entre le propylène et le propane.

Procédés de PDH : CATOFIN par rapport à OLEFLEX par rapport à STAR

Trois technologies de procédés PDH commercialisés sont disponibles sur le marché. Le procédé CATOFIN PDH est sous licence de Lummus Technology, OLEFLEX est sous licence de UOP, et STAR est sous licence de ThyssenKrupp Uhde. 

1. CATOFIN

CATOFIN utilise un catalyseur à base d’oxyde de chrome disposé dans un réacteur parallèle à lit fixe horizontal. Le procédé peut fonctionner à une pression et une température optimales du réacteur, ce qui permet de maximiser le rendement en propylène. Le coût d’investissement pour l’installation d’une usine basée sur CATOFIN, les dépenses d’exploitation, la consommation d’énergie et le coût du catalyseur sont inférieurs à ceux des autres technologies, ce qui réduit le coût de production. 

L’efficacité de la conversion du propane en propylène est de 45 à 50 % alors qu’il n’y a pas de production du gaz de recyclage H2 et qu’il n’est pas nécessaire d’avoir une unité de régénération continue du catalyseur. Les coûts et la complexité de l’opération sont ainsi réduits.

2. OLEFLEX

OLEFEX utilise un catalyseur à base d’oxyde de platine dans un réacteur à lit mobile. Il s’agit d’un procédé de déshydrogénation catalytique en continu pour convertir la charge de propane en propylène. Le catalyseur maintient une activité élevée, ce qui permet une productivité accrue et réduit le temps entre les changements de catalyseur. Une flexibilité offerte par OLEFEX est qu’il peut également déshydrogéner l’isobutane, l’isopentane en mélange ou séparément. 

Bien que ce procédé soit plus fiable et plus sûr que le CATOFIN, il nécessite une régénération continue du catalyseur, ce qui en augmente le coût. Sa conception interne est plus compliquée en raison de la présence d’un réacteur à lit mobile et les dépenses de fonctionnement sont plus élevées, avec un rendement de conversion de 35 à 45 %.

3. STAR

Le procédé STAR est plus récent et présente certains avantages par rapport à l’OLEFEX et au CATOFIN. Par exemple, il n’a pas de catalyseur à lit mobile, ce qui rend le processus fiable et plus sûr et réduit les coûts de maintenance. La charge est transférée dans l’unité de préparation de la charge pour en éliminer les contaminants, puis elle est introduite dans un réacteur où elle est chauffée et mélangée au flux de traitement. La charge est ensuite introduite dans un reformeur à chauffage externe avec des tubes de reformeur remplis de catalyseur. 

STAR utilise une pression plus élevée que les autres technologies dans la section de réaction, ce qui augmente la pression d’aspiration à l’entrée du compresseur de gaz brut en aval. Ainsi, le taux de compression plus faible et le débit volumique d’entrée plus faible permettent de réaliser d’importantes économies d’énergie pour la compression du gaz brut. 

Les deux processus ont lieu à des températures supérieures à 650 ˚C avec une pression relativement faible et la réaction est endothermique, c’est-à-dire qu’elle absorbe la chaleur de l’environnement. La différence entre les trois technologies OLEFLEX, STAR et CATOFIN provient du catalyseur utilisé, de la pression et de la température de fonctionnement, du type de lit du réacteur, des performances et du processus technologique. 

Alors que STAR est relativement nouveau, OLEFIN et CATOFIN sont des procédés matures implantés dans le monde entier dans plusieurs usines de PDH « à la demande ». 

Conclusion

Les trois technologies PDH mentionnées fonctionnent à des températures comprises entre 600 et 650 ˚C. En effet, à des températures supérieures, des réactions secondaires importantes, comme la formation de coke, se produisent, ce qui réduit l’efficacité de la conversion. Avec la mise en service d’un plus grand nombre d’usines de traitement de PDH « à la demande » dans le monde, on s’attend à ce que la hausse de la demande maintienne le prix du propylène à 800 dollars la tonne. La hausse des prix du pétrole, notamment en raison du manque d’investissement dans l’exploration et l’exploitation de nouveaux gisements de pétrole brut, entraînera une augmentation des prix du propylène et de ses dérivés.